Отопрление и вентиляция свинарника на 300 голов

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент кадровой политики и образования

Федеральное бюджетное государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Костромская государственная сельскохозяйственная академия 
 
 
 
 
 
 
 
 

Кафедра безопасности жизнедеятельности и  теплоэнергетики 
 
 
 

Курсовая  работа по теме:

«Отопление и вентиляция свинарника на 300 голов» 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент 3 курса 2 группы факультета электрификации и автоматизации с/х

Карабасов М.А.

Принял: Смирнов А.Н. 
 
 
 

Кострома 2011

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….3

Краткое описание объекта……………………………………………………...….4

1. Выбор системы отопления и вентиляции………………………………….5
2. Определение расчетного воздухообмена…………………………………..6
3. Расчет теплового баланса помещения……………………………………...9
4. Выбор калорифера…………………………………………………………...14
5. Аэродинамический расчет воздуховода и выбор вентилятора..………….16
6. Расчет вытяжной вентиляции…………………………………………....….20

Список литературы………………………………………………………..…….….21

    Введение

    Экономия  топливо-энергетических ресурсов является одним из ключевых направлений, от которого в большой степени зависит  прогресс всего народного хозяйства

    Создание  и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях комплексов и ферм – один из определяющих факторов в обеспечении здоровья животных, их воспроизводительной способностии получения от них максимума продукции при высокой рентабильности производства. Это имеет также важное значение для продления срока службы конструкций зданий, улучшения эксплуатации технологического оборудования и условий труда обслуживающего персонала.

    Краткое описание объекта 

    В данной пояснительной записке производится расчет отопления и вентиляции для  свинарника на 300 голов. В свинарнике содержатся свиньи на откорме массой 200 килограмм.

    Объект  расположен в Волгоградской области.

    Наружная  отопительная температура  –25 °С.

    Наружная  вентиляционная температура  –13 °С.

    Атмосферное давление 99 кПа.

    Относительная влажность воздуха 75 %.

    Протяженность с северо-запада на юго-восток.

    Стены свинарника выполнены из кирпича, окрашенных известкововым раствором по штукатурке.

    Кровля  свинарников из асбоцементных волнистых  листов.

    Полы  бетонные, цементно-песчаные.

    Вентиляция приточно-вытяжная с механическим побуждением и естественная.

    Отопление воздушное. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Выбор системы  отопления и вентиляции

    В  свинарнике  устанавливаем воздушное  отопление, совмещенное с вентиляцией. Вентиляцию берем приточную с  механическим побуждением и естественную вытяжную. Подогрев воздуха производится в калориферах, работающих на пару. Т.к. помещение имеет небольшие габариты, берем одну систему воздуховодов. Подача воздуха в помещение  осуществляется одним вентилятором. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Определение расчетного воздухообмена. 

    Необходимый воздухообмен при повышенной концентрации углекислого газа в помещении  определяется по формуле: 

,                                                    (2.1) 

где  V_Г – количество углекислого газа, выделяемого в помещении, м³/ч;

    С_Н=0,3 л/м³ [2] – концентрация углекислоты в наружном приточном воздухе;

    С_В=2,5 л/м³ [2]– допустимая концентрация углекислого газа в воздухе помещения;

,                                              (2.2) 

где  – норма выделения углекислоты одним животным;

    n_Ж– количество животных;

     – коэффициент  выделения животными углекислоты, зависящий от влажности внутри помещения. 

    Количество углекислого газа, выделяемого в помещении свиньями на откорме. 

    

 л/ч, 

    где  С_Ж=63 л/ч;

    n_Ж=300;

     . 
 

    Подставив численные значения в формулу (1.1), получим численное значение расчетного воздухообмена по углекислому газу 

 л/ч. 

    Воздухообмен  при условии удаления из помещения  избыточной влаги находится по формуле [2] 

 ,                                         (2.3) 

где W –  масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;

     d_В =10 г/кг– влагосодержание внутреннего воздуха, которое находится по H-d-диаграмме для температуры t_В=18°С и влажности воздуха f_В=75 %;

    d_Н=0.5 г/кг – наружного приточного воздуха определяется по H-d-диаграмме для температуры t_Н= - 25°С и влажности воздуха f_Н=75 %;

    r – плотность воздуха при температуре t_В=18°С помещения, кг/м³ .

    Суммарные влаговыделения в помещении для  животных рассчитывается по формуле [3]

                                                         (2.4) 

    Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле [3] 

     ,                                                             (2.5) 

где n –  количество животных с одинаковым выделением водяных паров;

    w [3] – выделение водяных паров  одним животным;

    k_j [3] – коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения;

    Подставив в формулу (1.5) значения величин, получим  массу выделяемой влаги:

    Для супоросных маток

 Вт, 

      w=202 - выделение водяных паров супоросными матками; 
 

    Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения составляет 10% от общей массы выделяемой влаги [3]

    

 Вт. 

    Подставив в формулу (1.4) значения величин, получим  суммарные влаговыделения в помещении для животных 

    

 Вт 
 

    Плотность сухого воздуха в зависимости от температуры и барометрического давления определяется по формуле [2] 

    

 
 

    ,                                                       (2.6)

где  t_B– температура внутреннего воздуха;

    P_Б – барометрическое давление. 

    

 кг/м³,

                          

    где  t_B=18°C – температура внутреннего воздуха;

    P_Б= 99 кПа – барометрическое давление. 
 

    

 Вт; 
 

    Т.к  значение воздухообмена по избыточной влаге меньше значения воздухообмена  по углекислоте, то воздухообмен по углекислоте  берется за расчетный воздухообмен.

    Q_РАСЧ=V_CO2                                                                               (2.7) 

    Кратность воздухообмена определяется по формуле 

,                                                              _(2.8) 

где Q_РАСЧ= 12886 м³/ч – расчетный воздухообмен;

    V=3801.6 м³ – объем коровника; 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Расчет теплового баланса помещения.

       _{Рис.1. Ориентация здания по сторонам света.} 

    Помещение для содержания свиней имеет размеры 66х12х4,8 м. Потолки в свинарнике отсутствуют. Полный объем помещения 3801.6 м³. Расположение свинарника с северо-запада на юго-восток.  Стены свинарника выполнены кирпичной кладкой толщиной d=0.51 м с теплопроводностью l=0.76 Вт/(м°С) [2], покрыты известковым раствором толщиной d=0.0012 м с теплопроводностью l=0.76 Вт/(м°С) по штукатурке толщиной d=0.02 м, имеющей теплопроводность l=0.84 Вт/(м°С) [2]. Кровля выполнена  асбоцементными волнистыми листами толщиной d=0.008 м теплопроводностью l=0.35 Вт/(м°С) [2] с утеплителем на минеральной вате толщиной d=0.06 м теплопроводностью l=0.07 Вт/(м°С) [2]. Полы бетонные.

    Поток теплоты, теряемой помещением, складывается из основных потерь теплоты через  все его наружные ограждения и  добавочных теплопотерь [2]

,                                           (3.1) 
 

      Основные потери теплоты складываются  из потерь через наружные стены,  окна, двери, крышу и пол. 

    Общая площадь поверхности 33 оконных блоков с двойным раздельным остеклением  [1]

    

 м² 

    Значение  сопротивления теплопередачи окон [2] 

    R₀=0.34 м²

°С/Вт 

    Потери  тепла через ограждение вычисляются  по формуле [2] 

                                                  

,                                                  (3.2) 

где R=R₀ – общее сопротивление теплопередаче ограждения, м²*°С/Вт;

    F=F_ОГ – площадь поверхности ограждения, м²;

    t_В и t_Н – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха,°С;

    n – коэффициент, зависящий от  положения наружного ограждения  по отношению к наружному воздуху.

    _{Основные  потери теплоты через  окна}

    

 Вт 

    Т.к. половина окон расположена с северо-восточной стороны, то принимаются добавочные потери, равные 10% от потерь через окна. Тогда потери через окна с учетом дополнительных потерь 

    

 Вт 

    Общая поверхность одинарных дверей  F_Д=5,4 м², толщина которых d_Д=0.1 м, R₀=0.215 м²°С/Вт [2]. Площадь ворот F_В =15,34 толщина - d_Д=0.1 м, R₀=0.215 м²°С/Вт  [2].   Потери тепла через двери  составят 

    

 Вт 

      Т.к. часть дверей обращены  на северо-восток и северо-запад,  добавочные потери через них  составят  10% от основных через  данное заграждение, также 65% составят дополнительные потери теплоты при открывании дверей на короткое время [2] 

    

 Вт 

     Полные  потери через двери составят   

 Вт 

    Площадь поверхности наружных стен свинарника 

    

 м² 

    Значение  сопротивления теплопередачи наружных ограждений  определяется по формуле 

     ,                                         (3.3) 

где   R_B=0.086 м²⋅°С/Вт [2] – сопротивление тепловосприятию, т.к заполнение помещения составляет 98 кг/м²;

– сопротивление  теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения;

    R_Н=0.043 м– сопротивление теплоотдаче. 

    Для стен свинарника сопротивление теплопередаче 

    

  м²°С/Вт 

    Основные  теплопотери через стены свинарника составят 

    

 Вт 

    Т.к. имеется две наружные стены, то дополнительные потери составят 10% через северо-восточную  и северо-западную стены, дополнительные потери 5% составят через юго-восточную стену [2]. Все дополнительные потери составят 

    

 Вт 

    Полные  потери тепла через наружные стены 

    

 Вт

     

    Сопротивление покрытия свинарника   

       м²°С/Вт 

    Площадь потолка  м² 

    Общие потери через кровлю составят 

    

 Вт, 

    Потери  теплоты через неутепленные полы вычисляются по зонам – полосам  шириной 2 м, параллельных наружным стенам.

      

    Сопротивление теплопередаче считается как  для неутепленных полов, поскольку  теплопроводность бетона менее 1,16 Вт/(м^оC) [2] 
 
 
 

    

    а=2 

    

• для первой зоны  R_I=2.15 м²°С/Вт;
• для второй зоны  R_II=4,3 м²°С/Вт;
• для третьей зоны R_III=8,6 м²°С/Вт.

 

     Площади зон пола:

• первой зоны  F_I=66⋅а⋅2+(12-2⋅а)⋅4=264+32=296 м²;
• второй зоны  F_II=(66-2⋅а)⋅а⋅2+(12-4⋅а)⋅а⋅2=248+16=264 м²;
• третьей зоны F_III=(66-4⋅а)⋅(12-4⋅а)=232 м².

 
 

Суммарные теплопотери  по всем зонам пола

  

 Вт 

      Общие теплопотери через все  ограждения 

    

 Вт

                                                                                                     

    Определение теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха, производится по формуле 

     ,                                                (3.4) 

где  Q=Q_РАСЧ= 12886.3 м³/ч – расчетный воздухообмен помещения;

    r=1.85 кг/м³ – плотность воздуха при расчетной температуре t_B=18°С внутри помещения;

    с=1 кДж/(кг°С) – удельная изобарная теплоемкость воздуха;

    t_H= -25°С – температура наружного воздуха.

    Значение  теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха 

    

 Вт  

                               

    Определение расхода теплоты на испарение  влаги. 

    Поток теплоты, расходуемой на испарение  влаги с мокрых поверхностей помещения 

     ,                                              (3.5) 

где 2.49 – скрытая  теплота испарения, кДж/г;

    W_ИСП= 9090 г/ч – объем испаряющейся влаги. 

    Расход  теплоты на испарение влаги 

    

 Вт 

    Теплопотери на нагрев инфильтрирующегося воздуха  равны 30% от  потерь теплоты через  все наружные ограждения 

    

 Вт 

    Поток свободной теплоты, выделяемой животными 

     ,                                                              (3.6) 

где n – количество животных;

    q Вт [2] – поток свободной теплоты,  выделяемой одним животным;

    k_t [2] – коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения. 

    Поток свободной теплоты, выделенной животными, составит: 

    для свиней на откорме

    

  Вт; 

    q = 351 Вт; k_t=0.67 
 

    Так как QОГР >QЖ , теплоизбытков нет.

    _{Тепловая мощность системы отопления и вентиляции} 

    

     

    

Вт

    _{4. Выбор калорифера.} 

    _{Т.к. в свинарнике установлено одна система вентиляции, то расчет калорифера можно вести по расчетному воздухообмену. Предварительная массовая скорость воздуха в калорифере берется равной} vr=12 _{м/с и определяется расчетная площадь живого сечения для калорифера [2]}

      ,                                            (4.1) 

    

 м² 
 

    По  конструктивным нуждам принимаем калорифер КВБ№8 

    – площадь поверхности нагрева F=35.7 м²;

    – площадь живого сечения по воздуху f=0.416 м²;

• площадь живого сечения по теплоносителю f_ТР=0.0092 м².

 

    Действительная  массовая скорость воздуха для данного  калорифера уточняется по формуле [2]

                                                                (4.2) 

    

кг/(м²с) 
 
 
 

    Действительный  поток теплоты, передаваемый калорифером нагреваемому воздуху [2] 

     ,                                                        (4.3) 

где k=40 Вт/(м²°С) [2] – коэффициент теплопередачи;

    F=35.7 м² – площадь нагрева калорифера;

    t’_CP=100 °С

    t_СР=(t_К+t_Н)/2=(18 -25)/2= -7 °С – средняя температура нагреваемого пара. 

    Поток теплоты, выделяемой калорифером равен 

    

 Вт 

    Ввиду того что один калорифер не обеспечивает необходимой теплоотдачи, прибегаем к последовательной установке двух калориферов того же номера 

    

    _{Запас по теплоотдаче составляет 9%, значит калориферы выбраны правильно.}

    5. Аэродинамический расчет воздуховода  и выбор вентилятора. 

    Подача  вентилятора принимается по значению расчетного воздухообмена с учетом подсосов воздуха в воздуховодах. Т.к. подача воздуха в помещение будет осуществляться по одной ветви воздуховода, то будем рассчитывать одну ветвь, приняв в ней объем воздуха равный расчетному [2]